Observações da galáxia M87 mostram como o buraco negro em seu centro se relaciona com um fluxo de matéria superaquecida observado há muito tempo.
A primeira imagem de um buraco negro impressionou o mundo em 2019. Novos dados agora podem ajudar a explicar o que exatamente os radioastrônomos estavam observando – incluindo detalhes do redemoinho que ele cria. E em uma imagem atualizada, o anel laranja original do buraco negro agora parece mais fino, cortesia de uma nova maneira de analisar os dados existentes.
A imagem que enfeitou as primeiras páginas dos jornais de todo o mundo em 2019 mostrava o buraco negro supermassivo no centro da galáxia M87, chamado M87* (veja ‘A evolução da imagem do buraco negro’). Por si só, os buracos negros não emitem nenhuma radiação, então o donut laranja (representando as emissões de comprimento de onda de rádio) deve ter sido produzido não diretamente pelo buraco negro, mas pela matéria em sua vizinhança que é “superaquecida” e torcida por campos magnéticos. “Sem qualquer matéria por perto, você nem veria um anel”, diz Thomas Krichbaum, um radioastrônomo do Instituto Max Planck de Radioastronomia em Bonn, Alemanha. “Algo tem que irradiar.”
A gravidade do buraco negro curvou os raios de luz para produzir a forma de anel, como esperado da teoria geral da relatividade de Albert Einstein. Mas, embora os astrofísicos tivessem teorias, não havia nenhuma indicação clara – com base apenas nessa imagem – quanto à origem da radiação. A explicação mais provável é que o brilho resultou do mesmo mecanismo que faz com que um jato estupendamente brilhante de matéria superaquecida se projete para longe da galáxia hospedeira. A existência deste jato era conhecida muito antes do buraco negro ser fotografado, e foi fotografado com instrumentos mais convencionais, incluindo o Telescópio Espacial Hubble.
A figura maior
A imagem original do M87* estava embaçada e mostrava apenas a vizinhança imediata do horizonte de eventos do buraco negro, a superfície esférica que envolve seu interior. Qualquer material que cruze o horizonte de eventos cai para dentro, para nunca mais voltar. Foi um desafio vincular a imagem às fotos em escala maior do jato.
Em um artigo publicado na Nature em 26 de abril, radioastrônomos, incluindo Krichbaum, examinaram um conjunto de dados separado e encontraram um cone de emissões de rádio emanando do buraco negro na mesma direção do jato.
A imagem M87* original usou dados de 2017 do Event Horizon Telescope (EHT), uma rede de observatórios espalhados por quatro continentes que examinou o buraco negro em um comprimento de onda de 1,3 milímetros. O artigo mais recente usou dados obtidos em 2018 com o Global Millimeter VLBI Array (GMVA), uma rede separada e mais antiga que compartilha muitos colaboradores com o EHT e usa algumas das mesmas instalações, mas observa a 3,5 milímetros.
Ambas as redes usam uma técnica chamada interferometria, que combina dados coletados simultaneamente em vários locais. Quanto maior a separação entre os observatórios participantes, melhor a resolução e mais detalhes os astrônomos podem discernir; ir para comprimentos de onda mais curtos tem o mesmo efeito. Com sua resolução mais baixa, o GMVA não pode ver o anel com tanta nitidez quanto o EHT e precisa de uma massagem extra de dados. Mas o GMVA é capaz de ver uma imagem mais ampla. “Pela primeira vez, vemos como o jato se conecta ao anel”, diz Krichbaum.
Uma perspectiva diferente
Em um artigo separado, publicado no The Astrophysical Journal Letters em 13 de abril, a astrofísica Lia Medeiros do Instituto de Estudos Avançados em Princeton, Nova Jersey, e seus colaboradores reanalisaram os dados do EHT de 2017 usando um novo algoritmo de machine learning.
Os algoritmos que processam os dados do telescópio devem superar uma limitação intrínseca da interferometria: mesmo com observatórios em lados opostos do planeta, a matriz não coleta dados verdadeiramente com um prato do tamanho da Terra, mas com fragmentos de um. “Existe uma infinidade de imagens que condizem com nossos dados”, diz Medeiros. “Você precisa fazer uma escolha sobre qual você acha que é mais provável.”
Nos resultados de 2019, a equipe do EHT usou algoritmos conservadores que borraram a imagem artificialmente. A equipe de Medeiros desenvolveu um algoritmo baseado em uma técnica chamada aprendizado de dicionário que maximiza a resolução – e produz um anel substancialmente mais fino. Medeiros está ansioso para aplicar a técnica aos dados de Sagitário A*, o buraco negro no centro da nossa Galáxia. O EHT divulgou uma imagem de Sagitário A* no ano passado.
O EHT também produziu várias versões das imagens do M87*, incluindo uma que mostra assinaturas de campos magnéticos, e usou dados mais antigos para mostrar como o anel evoluiu ao longo dos anos, em imagens que podem ser combinadas em um filme. A colaboração realizou campanhas de observação em 2018 e uma vez por ano entre 2021 e 2023, mas ainda não concluiu a análise desses dados. O mais intrigante é que a campanha de 2023 incluiu observações no desafiador comprimento de onda de 0,87 milímetros, o que deve melhorar ainda mais a resolução.
Publicado em 02/05/2023 11h41
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